鐵路隧道鉆爆施工超挖工藝及成本控制效果

聶紅軍

（中鐵二十三局集團(tuán)第六工程有限公司，重慶 400012）

1 工程概況

隧道全長2760m，最大埋深約120m，位于既有線右側(cè)，YDK384+680～+800 距離既有線較近，約50m，之后逐漸繞開。該地段地表的巖溶較多，地勢前后起伏較大，地表最高點(diǎn)在400m位置處，自然橫坡的坡度為20°～35°，整體地貌為剝蝕型的中低山。多溶溝、溶洞等巖溶地貌，本工程施工難度較大，線性超挖較大，需要采取有效措施對(duì)超欠挖進(jìn)行控制。

2 影響因素

2.1 周邊孔間隔裝藥

爆堆級(jí)配、松散度和形態(tài)是評(píng)價(jià)爆破施工效果好與否的主要因素。介質(zhì)破碎除了影響作用力的時(shí)間外，還會(huì)影響爆炸壓力。如果通過連續(xù)裝藥的方式實(shí)施爆破作業(yè)，能夠增加孔壁的入射壓力，從而擴(kuò)大破壞范圍，在一定程度上提升粉礦率，造成礦石不均勻、較大的振動(dòng)危害、運(yùn)輸效率低下等突出問題。而空氣間隔裝藥爆破技術(shù)可以最大限度發(fā)揮其爆炸能量，能確保裝藥空間在巖石發(fā)生破裂之前始終維持在較為穩(wěn)定的高壓狀態(tài)，這樣一來，不僅可推遲爆破氣體沖擊介質(zhì)，還能加大爆破的作用沖量，提高有用功的效率，進(jìn)而形成整齊集中的爆炸堆，同時(shí)保障巖石更加均勻地發(fā)生破碎，以避免出現(xiàn)較多的大塊巖石。工程實(shí)踐證明，間隔裝藥技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且安全性能更高，該技術(shù)能夠延長爆轟氣體的作用時(shí)間，使炸藥充分完成爆轟反應(yīng)，減少有毒氣體的生成，有利于防止爆炸事故的發(fā)生。

2.2 周邊孔堵塞

通過人工或機(jī)械加工的方式，利用黏土制作用于堵塞周邊孔的材料，還可以直接選用“水炮泥”。滿足施工設(shè)計(jì)要求且達(dá)到安全的同時(shí)，盡可能降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，所以建議使用“水炮泥”。但需要注意的是，在使用水炮泥填塞所有裝藥炮孔時(shí)，堵塞長度一定要大于20cm。

為了增強(qiáng)爆破效果，可通過阻塞周邊孔把爆轟氣體集中起來，使炮孔在很長的一段時(shí)間內(nèi)處于高壓狀態(tài)；除此之外，阻塞周邊孔不僅可以增大對(duì)炸藥爆轟的約束力，減小氣體經(jīng)過自由面時(shí)的壓力和溫度，還可加快炸藥產(chǎn)熱的速率，為機(jī)械功提供更多的熱能。若工作面上面存在瓦斯，要確保雷管管殼的碎片不會(huì)從炮孔中飛出來，有利于確保施工安全[1]。

3 超挖對(duì)隧道工程施工的影響

（1）增加施工成本。首先，超挖會(huì)從側(cè)面增加炸藥的消耗量和炸藥費(fèi)用；其次，將超挖部分的巖石、巖土殘?jiān)\(yùn)送至洞外指定渣土場地，需要增加裝載運(yùn)輸費(fèi)用；再次，超挖也會(huì)破壞開挖斷面的平整度，影響防水板的鋪設(shè)，從而增加防水板材的用量和費(fèi)用；最后，需要利用混凝土完成超挖地段的回填工作，因此還需要再次進(jìn)行襯砌。

（2）存在操作隱患。超挖可能引發(fā)開挖斷面不平、棱角突出等問題，甚至可能會(huì)劃傷、穿透防水板，進(jìn)而發(fā)生由于防水層失效而出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；除此之外，經(jīng)過過度開挖的結(jié)構(gòu)面會(huì)出現(xiàn)圍巖龜裂、瓦解、不能自穩(wěn)等問題，極大地增加了操作的隱患[2]。

4 隧道超挖控制措施

通過鉆爆參數(shù)和爆破技術(shù)來體現(xiàn)隧道超挖的控制效果，主要包括掏槽的形式、輔助孔的布置、炮孔打造的深度、周邊眼的設(shè)計(jì)位置、間距和總裝藥量以及光爆層厚度等方面，其中對(duì)超挖效果產(chǎn)生最直接影響的是周邊眼的爆破控制。

4.1 隧道爆破開挖

想要更好地控制隧道超挖問題，就要合理設(shè)計(jì)周邊眼的位置、間距以及裝藥量等。為了確保施鉆更加準(zhǔn)確，操作更方便，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輪廓線、炮孔和周邊光爆孔以及內(nèi)圈眼布置線的位置進(jìn)行標(biāo)注[3-4]。但結(jié)合目前的實(shí)際情況來看，鉆爆工人的文化水平和操作經(jīng)驗(yàn)存在一定差異，因此在實(shí)際生產(chǎn)中鉆爆設(shè)計(jì)要盡可能做到工藝簡單且技術(shù)可行，這樣才能讓工人更好地理解掌握，便于推廣使用。

4.1.1 周邊眼鉆孔質(zhì)量欠佳

一般而言，若圍巖等級(jí)達(dá)到IV 級(jí)和V 級(jí)需安設(shè)鋼拱架，但其又會(huì)增加周邊孔鉆孔外插角度，從而影響控制度和鉆孔質(zhì)量，加上有些工人操作經(jīng)驗(yàn)缺乏、操作水平不高、實(shí)際施工中隨意性較大等原因，會(huì)讓超挖量增加[5]。

4.1.2 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)不合理

在進(jìn)行周邊眼的裝藥時(shí)，施工人員為了簡化操作過程，通常會(huì)用炮棍將幾節(jié)藥卷直接捅到孔底，這種操作方式導(dǎo)致能量集聚在孔底，爆破時(shí)容易發(fā)生炮孔底部區(qū)域超挖等現(xiàn)象。

4.1.3 周邊眼封堵不規(guī)范

（1）炸藥包裝箱泡水。實(shí)際工程中，炮工經(jīng)常會(huì)在裝完藥之后直接將炸藥包裝箱切條、泡水，然后封堵周邊孔。

（2）不封堵。為了簡化施工流程，施工人員往往忽略炮孔的封堵措施，爆破時(shí)造成周邊孔的中下部圍巖被破壞。

（3）傳統(tǒng)的炮泥封堵。由于隧道爆破炮泥的用量大，但因地域等因素導(dǎo)致傳統(tǒng)炮泥材料較難搜集，且炮泥制備標(biāo)準(zhǔn)較高，因此操作人員有時(shí)為了節(jié)省時(shí)間放棄使用炮泥。

4.2 優(yōu)化改進(jìn)措施

經(jīng)過現(xiàn)場技術(shù)人員的多次試驗(yàn)，周邊孔可按照設(shè)計(jì)要求利用縱向開口的φ32mmPVC 管沿著PVC 管把周邊光爆孔的裝藥量分離開，使它的裝藥結(jié)構(gòu)能夠成為導(dǎo)爆索串聯(lián)式分散藥包不耦合的形式，同時(shí)用水炮泥進(jìn)行封堵。結(jié)合實(shí)際效果來看，這兩項(xiàng)措施能在一定程度上增強(qiáng)爆破輪廓，降低超挖量。

4.2.1 φ32mmPVC 管間隔裝藥工藝

（1）φ32mmPVC 管洞外加工制作。洞外加工最常使用的工具除了常規(guī)的制作工具外，排鋸也是一種重要工具。洞外制作具有空間大、光線好等特點(diǎn)，有利于PVC 管批量加工，且質(zhì)量有保障。市場上售賣的PVC 管材一般長4m、厚1cm，在洞外加工時(shí)可以根據(jù)周邊孔的實(shí)際長度裁剪。據(jù)統(tǒng)計(jì)，兩個(gè)工人每小時(shí)可加工100 根左右，能夠?qū)崿F(xiàn)集中、批量加工。

（2）φ32mmPVC 管材洞外標(biāo)記。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)及技術(shù)交底中的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)準(zhǔn)備裝藥的位置進(jìn)行標(biāo)記，便于工人準(zhǔn)確安放乳化炸藥。另外，可以根據(jù)圍巖的具體情況對(duì)實(shí)際裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，圖1 為裝藥結(jié)構(gòu)和標(biāo)記示意圖。

圖1 裝藥結(jié)構(gòu)和標(biāo)記（單位：mm）

（3）φ32mmPVC 管材洞內(nèi)使用。將本項(xiàng)目需要的PVC 管材轉(zhuǎn)移到洞里面，爆破人員根據(jù)標(biāo)記以及裝藥量的要求嚴(yán)格填裝乳化炸藥。填裝時(shí)確保首節(jié)炸藥放入管材底部，保證導(dǎo)爆索和炸藥充分接觸。在施工過程中利用PVC 管材的自動(dòng)收縮特性綁扎炸藥，可以提升工作效率。當(dāng)導(dǎo)爆索和乳化炸藥均被填入PVC 管之后，將其置于各周邊孔位置待用。

4.2.2 周邊眼封堵

（1）水炮泥規(guī)格。水炮泥一般長20～30cm，注水后直徑略小于炮眼直徑。

（2）水炮泥使用。工作人員在洞口裝滿水后，用竹籃等工具把水炮泥輸送到掌子面，封堵炮孔時(shí)要符合標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)炮孔決定其長度。在封堵掏槽孔和輔助孔時(shí)其長度至少應(yīng)為400mm，且要大于炮孔長度的20%；光爆孔堵塞位置必須位于孔口附近，堵塞長度不超過光爆孔的孔間距。

5 效果評(píng)價(jià)

5.1 光爆孔采用PVC 管間隔裝藥的直接效果

選用該種方式可分散部分炸藥的能量，降低作用在圍巖上的爆炸應(yīng)力波的強(qiáng)度，從而減輕爆破對(duì)圍巖造成的擾動(dòng)。

5.2 采用水炮泥堵塞炮孔的效果

（1）節(jié)約炸藥，提高炮孔利用率。通過試點(diǎn)試驗(yàn)可以得出，用水泥炮封堵周邊眼、掏槽眼、輔助眼，能讓炸藥單耗降低約10%，同時(shí)提高炮孔利用率。

（2）用水炮泥封堵周邊光爆孔可有效控制隧道線性超挖，增長孔內(nèi)應(yīng)力波壓力的作用時(shí)間，但是會(huì)對(duì)巖石的破碎程度和范圍產(chǎn)生影響，可能會(huì)破壞爆破效果。因此，采用水炮泥后，炸藥爆炸能量在孔內(nèi)的作用時(shí)間會(huì)被延長，均勻能量分布，有利于控制隧道線性超挖。

（3）降低振動(dòng)、減少粉塵。結(jié)合相關(guān)實(shí)踐可以看出，采用水炮泥封堵能有效降低作業(yè)區(qū)域內(nèi)的粉塵含量。再加上炮泥的堵塞和水的霧化作用，空氣沖擊波和爆破振動(dòng)的強(qiáng)度被有效削減，這種做法也在一定程度上降低煙塵含量。

（4）減少洞內(nèi)有害氣體。爆破作業(yè)開始后，通常都會(huì)產(chǎn)生較多爆破粉塵和一氧化碳、硫化物等有毒有害氣體。但水炮泥會(huì)在爆破作業(yè)后形成水霧，能在一定程度上吸附、降解粉塵，減少有毒有害氣體，有益于作業(yè)區(qū)域的人員健康。

6 結(jié)語

選用鉆爆法對(duì)隧道進(jìn)行超挖，其超挖的控制質(zhì)量對(duì)施工效益具有顯著影響，進(jìn)而影響項(xiàng)目進(jìn)程、施工安全以及質(zhì)量。施工效益是體現(xiàn)企業(yè)管理和施工水平的最主要方式。在采用鉆爆法進(jìn)行隧道施工時(shí)，要嚴(yán)格按照規(guī)范爆破設(shè)計(jì)、測量放線、鉆孔、裝藥連線等，并加強(qiáng)施工管控監(jiān)督，這樣才能有效控制超挖。